Application of battery energy storage in the Québec interconnection

Le Système Stockage de l’Énergie par Batterie ou Batterie de Stockage d’Énergie (BSE) offre de formidables atouts dans les domaines de la production, du transport, de la distribution et de la consommation d’énergie électrique. Cette technologie est notamment considérée par plusieurs opérateurs à travers le monde entier, comme un nouveau dispositif permettant d’injecter d’importantes quantités d’énergie renouvelable d’une part et d’autre part, en tant que composante essentielle aux grands réseaux électriques. De plus, d’énormes avantages peuvent être associés au déploiement de la technologie du BSE aussi bien dans les réseaux intelligents que pour la réduction de l’émission des gaz à effet de serre, la réduction des pertes marginales, l’alimentation de certains consommateurs en source d’énergie d’urgence, l’amélioration de la gestion de l’énergie, et l’accroissement de l’efficacité énergétique dans les réseaux. Cette présente thèse comprend trois étapes à savoir : l’Étape 1 - est relative à l’utilisation de la BSE en guise de réduction des pertes électriques ; l’Étape 2 - utilise la BSE comme élément de réserve tournante en vue de l’atténuation de la vulnérabilité du réseau ; et l’Étape 3 - introduit une nouvelle méthode d’amélioration des oscillations de fréquence par modulation de la puissance réactive, et l’utilisation de la BSE pour satisfaire la réserve primaire de fréquence. La première Étape, relative à l’utilisation de la BSE en vue de la réduction des pertes, est elle-même subdivisée en deux sous-étapes dont la première est consacrée à l’allocation optimale et le seconde, à l’utilisation optimale. Dans la première sous-étape, l’Algorithme génétique NSGA-II (Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II) a été programmé dans CASIR, le Super-Ordinateur de l’IREQ, en tant qu’algorithme évolutionniste multiobjectifs, permettant d’extraire un ensemble de solutions pour un dimensionnement optimal et un emplacement adéquat des multiple unités de BSE, tout en minimisant les pertes de puissance, et en considérant en même temps la capacité totale des puissances des unités de BSE installées comme des fonctions objectives. La première sous-étape donne une réponse satisfaisante à l’allocation et résout aussi la question de la programmation/scheduling dans l’interconnexion du Québec. Dans le but de réaliser l’objectif de la seconde sous-étape, un certain nombre de solutions ont été retenues et développées/implantées durant un intervalle de temps d’une année, tout en tenant compte des paramètres (heure, capacité, rendement/efficacité, facteur de puissance) associés aux cycles de charge et de décharge de la BSE, alors que la réduction des pertes marginales et l’efficacité énergétique constituent les principaux objectifs. Quant à la seconde Étape, un nouvel indice de vulnérabilité a été introduit, formalisé et étudié ; indice qui est bien adapté aux réseaux modernes équipés de BES. L’algorithme génétique NSGA-II est de nouveau exécuté (ré-exécuté) alors que la minimisation de l’indice de vulnérabilité proposé et l’efficacité énergétique représentent les principaux objectifs. Les résultats obtenus prouvent que l’utilisation de la BSE peut, dans certains cas, éviter des pannes majeures du réseau. La troisième Étape expose un nouveau concept d’ajout d’une inertie virtuelle aux réseaux électriques, par le procédé de modulation de la puissance réactive. Il a ensuite été présenté l’utilisation de la BSE en guise de réserve primaire de fréquence. Un modèle générique de BSE, associé à l’interconnexion du Québec, a enfin été proposé dans un environnement MATLAB. Les résultats de simulations confirment la possibilité de l’utilisation des puissances active et réactive du système de la BSE en vue de la régulation de fréquence.

Stratégies des entreprises chinoises dans le secteur extractif dans l’Arctique

Poussée par une croissance économique rapide ces trente dernières années, la demande chinoise en matières premières a considérablement augmenté au cours de cette période. Premier importateur mondial de nombreux minerais depuis le début du XXIe siècle, la Chine, qui n’est pas un État côtier de l’Arctique, semble attentive au potentiel économique de la région, et notamment en ce qui a trait à l’exploitation des gisements miniers. Avec l’ouverture relative des accès maritimes à travers les passages arctiques, les entreprises chinoises seraient en mesure d’effectuer des économies sur les coûts de transport et pourraient plus aisément accéder aux gisements miniers du Groenland et de l’Arctique canadien. La montée en puissance de l’économie chinoise, qui s’est concrétisée depuis le début du siècle, son affirmation politique sur la scène mondiale, et sa diplomatie des ressources perçue comme agressive a contribué à développer une perception négative de la Chine au sein des opinions publiques canadiennes, danoises, groenlandaises, et islandaises. Dans un contexte de débats et d’inquiétudes sur les questions de souveraineté dans l’Arctique, les presses canadiennes, groenlandaises et danoises ont contribué à construire, dans leurs opinions publiques respectives ces dernières années, une certaine sinophobie face aux investissements directs à l’étranger chinois, qui débutent réellement en 2005. Par exemple, un sondage mené en 2015 par l’Asia Pacific Foundation of Canada faisait ressortir que près de 76% de la population canadienne était hostile à l’acquisition d’entreprises canadiennes par des entreprises chinoises, tous secteurs confondus. Au Groenland, la perspective d’opérations minières dirigées par des entreprises chinoises a provoqué l’ire des médias danois et groenlandais. Alors que certains dénoncent une stratégie géopolitique chinoise plus large dans cette région du monde, d’autres mettent l’accent sur les implications de la venue de nombreux travailleurs chinois, de même que sur les questions d’une Chine cherchant à assurer un accès à long terme aux ressources de la région, prétextant que le Groenland serait une région d’investissement majeur pour les entreprises chinoises. La Chine, par l’entremise de ses entreprises, chercherait-elle à faire main basse sur les ressources minières de l’Arctique ? L’Arctique canadien, le Groenland et le Grand Nord québécois sont-ils des territoires d’investissements majeurs pour les entreprises chinoises ? Comment les facteurs qui déterminent les choix des entreprises chinoises se sont-ils traduits dans l’Arctique ? Dans le cadre de cette recherche, trente-six entreprises et organes du gouvernement ont été consultés. Les résultats de l’enquête soulignent que ces territoires ne sont pas des régions où les entreprises chinoises investissent d’importantes sommes, mais demeurent attractifs en raison de la stabilité politique et du climat compétitif des affaires qui y règnent, ainsi que pour la qualité des ressources physiques qu’on y retrouve. Cependant, les acteurs chinois soulignent d’importants défis tels que le déficit en matière d’infrastructures maritimes et de communication dans l’Arctique, le manque d’informations sur les opportunités d’affaires, c’est le cas des projets disponibles au Groenland notamment, et les acteurs chinois soulignent également leur manque d’expérience à l’international, de même que le coût et la disponibilité de la main-d’oeuvre comme des défis importants pour les entreprises chinoises. En somme, les investissements des entreprises chinoises dans des projets miniers dans l’Arctique canadien et au Groenland s’insèrent, certes, dans les stratégies globales des entreprises chinoises qui visent à diversifier et sécuriser leurs sources d’approvisionnements. En revanche, s’il apparaît que les territoires arctiques ne sont pas des régions d’investissements majeurs pour les entreprises chinoises dans le secteur extractif, les acteurs chinois sondés raisonnent, de manière générale, selon une logique de marché et recherchent donc, pour la plupart, à assurer la rentabilité de leur entreprise par la réalisation de gains. Outre les fluctuations des prix des matières premières sur les marchés mondiaux qui affectent grandement les opérations minières globales, de nombreux facteurs dans l’Arctique tels que l’éloignement, les conditions météorologiques extrêmes, et le manque d’infrastructures augmentent considérablement le coût de faire des affaires dans le secteur minier dans l’Arctique, qui demeure un marché niche.

Critère de validation croisée pour le choix des modèles des petits domaines au niveau des unités

Ce mémoire s’intéresse à l’étude du critère de validation croisée pour le choix des modèles relatifs aux petits domaines. L’étude est limitée aux modèles de petits domaines au niveau des unités. Le modèle de base des petits domaines est introduit par Battese, Harter et Fuller en 1988. C’est un modèle de régression linéaire mixte avec une ordonnée à l’origine aléatoire. Il se compose d’un certain nombre de paramètres : le paramètre β de la partie fixe, la composante aléatoire et les variances relatives à l’erreur résiduelle. Le modèle de Battese et al. est utilisé pour prédire, lors d’une enquête, la moyenne d’une variable d’intérêt y dans chaque petit domaine en utilisant une variable auxiliaire administrative x connue sur toute la population. La méthode d’estimation consiste à utiliser une distribution normale, pour modéliser la composante résiduelle du modèle. La considération d’une dépendance résiduelle générale, c’est-à-dire autre que la loi normale donne une méthodologie plus flexible. Cette généralisation conduit à une nouvelle classe de modèles échangeables. En effet, la généralisation se situe au niveau de la modélisation de la dépendance résiduelle qui peut être soit normale (c’est le cas du modèle de Battese et al.) ou non-normale. L’objectif est de déterminer les paramètres propres aux petits domaines avec le plus de précision possible. Cet enjeu est lié au choix de la bonne dépendance résiduelle à utiliser dans le modèle. Le critère de validation croisée sera étudié à cet effet.

Contribution à la planification tactique et opérationnelle du transport forestier

Cette thèse est une contribution à la modélisation, la planification et l’optimisation du transport pour l’approvisionnement en bois de forêt des industries de première transformation. Dans ce domaine, les aléas climatiques (mise au sol des bois par les tempêtes), sanitaires (attaques bactériologiques et fongiques des bois) et commerciaux (variabilité et exigence croissante des marchés) poussent les divers acteurs du secteur (entrepreneurs et exploitants forestiers, transporteurs) à revoir l’organisation de la filière logistique d’approvisionnement, afin d’améliorer la qualité de service (adéquation offre-demande) et de diminuer les coûts. L’objectif principal de cette thèse était de proposer un modèle de pilotage améliorant la performance du transport forestier, en respectant les contraintes et les pratiques du secteur. Les résultats établissent une démarche de planification hiérarchique des activités de transport à deux niveaux de décision, tactique et opérationnel. Au niveau tactique, une optimisation multi-périodes permet de répondre aux commandes en minimisant l’activité globale de transport, sous contrainte de capacité agrégée des moyens de transport accessibles. Ce niveau permet de mettre en œuvre des politiques de lissage de charge et d’organisation de sous-traitance ou de partenariats entre acteurs de transport. Au niveau opérationnel, les plans tactiques alloués à chaque transporteur sont désagrégés, pour permettre une optimisation des tournées des flottes, sous contrainte des capacités physiques de ces flottes. Les modèles d’optimisation de chaque niveau sont formalisés en programmation linéaire mixte avec variables binaires. L’applicabilité des modèles a été testée en utilisant un jeu de données industrielles en région Aquitaine et a montré des améliorations significatives d’exploitation des capacités de transport par rapport aux pratiques actuelles. Les modèles de décision ont été conçus pour s’adapter à tout contexte organisationnel, partenarial ou non : la production du plan tactique possède un caractère générique sans présomption de l’organisation, celle-ci étant prise en compte, dans un deuxième temps, au niveau de l’optimisation opérationnelle du plan de transport de chaque acteur.